CN220018784U - 一种应力检测装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种应力检测装置，包括：形状为Ω型的弹性结构，弹性结构的外表面设置有应变片传感器，其内表面设置有光纤光栅传感器。通过Ω型弹性结构上的应变片传感器和光纤光栅传感器就可以对风电机组在运行过程中所产生的应力数据进行实时监测，由于这两种类型的传感器均具有抗电磁干扰能力，所以，利用该检测装置在对风电机组的应力数据进行监测的过程中就不会受到电磁信号的干扰，这样就可以显著提高风电机组应力监测结果的准确率。同时由于这两种类型的传感器相较于低频传感器而言，造价成本低廉，由此就可以极大的降低在对风电机组进行应力监测时所需要的成本投入。相应的，本申请所提供的一种应力检测系统同样具有上述有益效果。

Description

一种应力检测装置及其系统

技术领域

本实用新型涉及设备振动检测技术领域，特别涉及一种应力检测装置及其系统。

背景技术

由于大型风电机组的运行工况比较复杂，风电机组在运行过程中的温度、湿度以及轴承载荷变化较大，所以，为了保证风电机组的稳定可靠运行，通常需要对风电机组的振动情况进行监测。

在现有技术中，一般是在风电机组上加装加速度传感器或者速度传感器来监测风电机组在发生振动时的应力变化情况，但是，加速度传感器和速度传感器的监测结果容易受到风电机组中电磁信号的干扰，这样就导致现有风电机组的应力检测结果会出现检测精度较低的问题。同时由于风电机组的振动频率较低，而低频传感器的价格较为昂贵，所以，现有风电机组的应力监测方法还会导致风电机组的应力检测成本过高。目前，针对这一技术问题，还没有较为有效的解决办法。

由此可见，如何提供一种造价成本低廉且测量精度高的应力检测装置，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种造价成本低廉且测量精度高的应力检测装置及其系统。其具体方案如下：

一种应力检测装置，包括：形状为Ω型的弹性结构，所述弹性结构的外表面设置有应变片传感器，所述弹性结构的内表面设置有光纤光栅传感器。

优选的，所述弹性结构的内表面设置有凹槽，所述光纤光栅传感器设置于所述凹槽内，所述光纤光栅传感器上连接有光纤，所述光纤光栅传感器和所述光纤通过粘合物粘合于所述凹槽内，并且，所述光纤的自由端暴露于所述弹性结构的端口部。

优选的，所述凹槽具体为圆形凹槽。

优选的，所述光纤光栅传感器测量精度的取值范围为0.01％FS～0.1％FS。

优选的，所述弹性结构和所述应变片传感器的外表面还套设有形状为Ω型的弹性压片，所述弹性压片与所述弹性结构的尺寸大小相适配，所述弹性压片上设置有用于向所述弹性结构施加压力的测力计。

优选的，所述弹性压片通过螺栓连接件与所述弹性结构相套接。

优选的，所述弹性压片的两个端口部分别通过所述螺栓连接件与所述弹性结构的两个端口部固定连接。

优选的，所述弹性结构的外表面设置有4个所述应变片传感器；其中，4个所述应变片传感器中第一应变片传感器和第三应变片传感器之间添加有预设供电电压、第二应变片传感器和第四应变片传感器用于输出被测设备的应力数据。

相应的，本实用新型还公开一种应力检测系统，包括如前述所公开的一种应力检测装置。

可见，在本实用新型所提供的应力检测装置中，是设置有形状为Ω型的弹性结构，其中，弹性结构的外表面和内表面分别设置有应变片传感器和光纤光栅传感器。在使用该装置对风电机组的应力数据进行监测时，通过Ω型弹性结构上的应变片传感器和光纤光栅传感器就可以对风电机组在运行过程中所产生的应力数据进行实时监测，由于应变片传感器和光纤光栅传感器均具有抗电磁干扰能力，所以，利用该检测装置在对风电机组的应力数据进行监测的过程中就不会受到电磁信号的干扰，这样就可以显著提高风电机组应力监测结果的准确率。同时由于应变片传感器和光纤光栅传感器相较于低频传感器而言，造价成本低廉，由此就可以极大的降低在对风电机组进行应力监测时所需要的成本投入。相应的，本实用新型所提供的一种应力检测系统同样具有上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例所提供的一种应力检测装置的结构图；

图2为本实用新型实施例所提供的另一种应力检测装置的结构图；

图3为本实用新型实施例所提供的又一种应力检测装置的结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1，图1为本实用新型实施例所提供的一种应力检测装置的结构图，该检测装置包括：形状为Ω型的弹性结构11，弹性结构11的外表面设置有应变片传感器12，弹性结构11的内表面设置有光纤光栅传感器13。

在本实施例中，是提供了一种应力检测装置，通过该应力检测装置不仅可以提高风电机组应力监测结果的准确性，而且，也可以降低在对风电机组进行应力监测时所需要的成本投入。

在该应力检测装置中，是设置有形状为Ω型的弹性结构11，并且，在弹性结构11的外表面设置有应变片传感器12，在弹性结构11的内表面设置有光纤光栅传感器13。

具体的，在使用该应力检测装置对风电机组在运行过程中所产生的应力进行检测时，可以将Ω型弹性结构11水平两端的端口部固定在风电机组上，比如：将Ω型弹性结构11的一个端口部固定在风电机组机舱内齿轮箱和机舱主机的连接架上，并将Ω型弹性结构11的另一个端口部固定在风电机组发电机支撑位置和机舱主机的连接架上。那么，当风电机组在运行过程中产生振动时，Ω型弹性结构11上所设置的应变片传感器12和光纤光栅传感器13就会检测到风电机组在运行过程中所产生的应力数据。

可以理解的是，由于应变片传感器12和光纤光栅传感器13均具有抗电磁干扰能力，所以，利用该装置来对风电机组所产生的应力数据进行监测时，就可以显著提高风电机组应力监测结果的准确率。并且，应变片传感器12和光纤光栅传感器13相较于低频传感器而言，应变片传感器12和光纤光栅传感器13的造价成本更为低廉，因此，通过本实施例所提供的应力检测装置，还可以降低在对风电机组进行应力监测时所需要的成本投入。

需要说明的是，在该应力检测装置中，应变片传感器12和光纤光栅传感器13是两个相互独立的应力检测通道。在实际应用中，可以通过线缆来传输应变片传感器12所检测到的应力数据，同时可以通过光纤来传输光纤光栅传感器13所检测到的应力数据。并且，为了提高光纤光栅传感器13对风电机组应力数据的采集精度，还可以将光纤光栅传感器13测量精度的取值范围设定为0.01％FS～0.1％FS。

可见，在本实施例所提供的应力检测装置中，是设置有形状为Ω型的弹性结构，其中，弹性结构的外表面和内表面分别设置有应变片传感器和光纤光栅传感器。在使用该装置对风电机组的应力数据进行监测时，通过Ω型弹性结构上的应变片传感器和光纤光栅传感器就可以对风电机组在运行过程中所产生的应力数据进行实时监测，由于应变片传感器和光纤光栅传感器均具有抗电磁干扰能力，所以，利用该检测装置在对风电机组的应力数据进行监测的过程中就不会受到电磁信号的干扰，这样就可以显著提高风电机组应力监测结果的准确率。同时由于应变片传感器和光纤光栅传感器相较于低频传感器而言，造价成本低廉，由此就可以极大的降低在对风电机组进行应力监测时所需要的成本投入。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，请参见图2，图2为本实用新型实施例所提供的另一种应力检测装置的结构图。作为一种优选的实施方式，弹性结构11的内表面设置有凹槽，光纤光栅传感器13设置于凹槽内，光纤光栅传感器13上连接有光纤14，光纤光栅传感器13和光纤14通过粘合物粘合于凹槽内，并且，光纤14的自由端暴露于弹性结构11的端口部。

在本实施例中，为了防止应力检测装置在使用过程中光纤光栅传感器13从弹性结构11的内表面脱落，还在弹性结构11的内表面设置了凹槽，并将光纤光栅传感器13设置于弹性结构11内表面的凹槽内。其中，光纤光栅传感器13上连接有用于传输光纤光栅传感器13采集应力数据的光纤14。光纤光栅传感器13和光纤14通过粘合物粘合于弹性结构11内表面的凹槽内，并且，光纤14的自由端暴露于弹性结构11的端口部。能够想到的是，当光纤14的自由端暴露于弹性结构11的端口部时，工作人员就可以通过光纤14获取得到光纤光栅传感器13所采集到的应力数据。

需要说明的是，在实际应用中可以将弹性结构11内表面所设置的凹槽设置为圆形凹槽，从而方便弹性结构11的生产与制作。并且，光纤光栅传感器13和光纤14可以通过胶性物质粘合于弹性结构11内表面的凹槽当中。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，就可以进一步保证弹性结构在使用过程中的稳定性与可靠性。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，请参见图2，图2为本实用新型实施例所提供的一种应力检测装置的结构图。作为一种优选的实施方式，弹性结构11的两个端口部均设置有用于连接被测设备且可拆卸的连接件15。

在本实施例中，为了将应力检测装置能够稳定地固定在被测设备风电机组上，还在弹性结构11的两个端口部分别设置了用于连接被测设备且可拆卸的连接件15。

当应力检测装置需要对风电机组在运行过程中所产生的应力进行检测时，就可以通过弹性结构11两个端口部所设置的连接件15将弹性结构11固定在被测设备上，并实现对被测设备应力数据的实时监测。

作为一种优选的实施方式，连接件15具体为U型磁铁。

具体的，可以将弹性结构11两个端口部所设置的连接件15设置为U型磁铁，因为被测设备风电机组的主要制造材料为铁，而磁铁能够吸引铁材料，所以，在实际应用中，就可以使用U型磁铁来将弹性结构11固定在被测设备风电机组上。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，就可以将应力检测装置固定在被测设备上，从而实现对被测设备应力数据的实时监测。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，弹性结构和应变片传感器的外表面还套设有形状为Ω型的弹性压片，弹性压片与弹性结构的尺寸大小相适配，弹性压片上设置有用于向弹性结构施加压力的测力计。

在实际应用中，在使用应变片传感器和光纤光栅传感器测量被测设备所产生的应力数据时，需要使用到弹性结构在发生形变时的应力系数。其中，弹性结构的应力系数通常是由厂家提供。但是，弹性结构在实际使用过程中，由于工程环境的影响，弹性结构的应力系数通常会与厂家所提供的数值不一致。因此，在本实施例中，为了进一步提高应力检测装置对风电机组应力数据监测结果的准确率，还可以在应力检测装置中额外设置用于对应力检测装置所检测的应力数据进行校正的应力标定模块。

具体的，可以在弹性结构和应变片传感器的外表面套设形状为Ω型的弹性压片，其中，弹性压片和弹性结构的尺寸大小相适配。并且，弹性压片上还设置有用于向弹性结构施加压力的测力计。

可以理解的是，通过向弹性压片上的测力计施加固定大小的目标压力值，此时通过采集弹性结构上应变片传感器和光纤光栅传感器所感应到的应力数据，就可以计算出应变片传感器和光纤光栅传感器在目标压力值下与弹性结构发生形变之间的对应映射关系，这样就能够确定出弹性结构在受力情况下的应力系数，由此就能够准确计算出弹性结构的受力情况，并通过应变片传感器和光纤光栅传感器对被测设备风电机组的应力数据进行准确监测。

作为一种优选的实施方式，弹性压片通过螺栓连接件与弹性结构相套接。

在本实施例中，弹性压片和弹性结构是通过螺栓连接件套接在一起，也即，弹性压片和弹性结构是通过螺栓和螺帽套接在一起。并且，只要不影响弹性结构的实际使用，可以将螺栓连接件设置在弹性结构和弹性压片的任意位置处。

具体的，弹性压片的两个端口部分别通过螺栓连接件与弹性结构的两个端口部固定连接。在实际应用中，可以使用两个螺栓连接件来分别固定弹性压片和弹性结构的两个端口部。能够想到的是，当使用两个螺栓连接件来固定弹性压片和弹性结构时，就可以使得弹性压片和弹性结构的套接结构更加稳定与稳固。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，就可以对弹性结构的应力系数进行更为准确的标定，由此就可以进一步提高在使用该应力检测装置在对风电机组进行监测时的准确率。

基于上述实施例，本实施例对技术方案作进一步的说明与优化，作为一种优选的实施方式，弹性结构的外表面设置有4个应变片传感器；其中，4个应变片传感器中第一应变片传感器和第三应变片传感器之间添加有预设供电电压、第二应变片传感器和第四应变片传感器用于输出被测设备的应力数据。

在本实施例中，是在弹性结构的外表面设置了4个应变片传感器，并且，是将弹性结构外表面所设置的4个应变片传感器划分为两组，其中，第一应变片传感器和第三应变片传感器为一组，第二应变片传感器和第四应变片传感器为另一组。

请参见图3，图3为本实用新型实施例所提供在弹性结构的外表面上设置4个应变片传感器时的原理示意图。其中，第一应变片传感器、第二应变片传感器、第三应变片传感器和第四应变片传感器分别用R₁、R₂、R₃和R₄表示。如图3所示，是在第一应变片传感器R₁和第三应变片传感器R₃之间添加预设供电电压e，也即，V+和V-之间的供电电压为e，并利用第二应变片传感器R₂和第四应变片传感器R₄来输出被测设备的应力数据，S+和S-表示被测设备的应力输出信号E。那么，第二应变片传感器R₂和第四应变片传感器R₄对被测设备输出应力检测信号E的表达式为：E＝R₃*e/(R₃+R₂)-R₄*e/(R₁+R₄)。

在使用该应力检测装置对风电机组在运行过程中所产生的应力进行检测时，可以将Ω型弹性结构的一个端口部固定在风电机组机舱内齿轮箱和机舱主机的连接架上，并将Ω型弹性结构的另一个端口部固定在风电机组发电机支撑位置和机舱主机的连接架上。那么，当风电机组在运行过程中产生振动时，就会引起Ω型弹性结构发生形变，Ω型弹性结构外表面所设置的4个应变片传感器就能够反应风电机组上齿轮箱和机舱主机连接架以及与发电机支撑位置和机舱主机连接架之间的相对振动变化。由于第一应变片传感器、第二应变片传感器、第三应变片传感器和第四应变片传感器会将风电机组在上下方向和左右方向所产生的振动相抵消，所以，通过第一应变片传感器、第二应变片传感器、第三应变片传感器和第四应变片传感器会测量得到风电机组在运行过程中所产生的扭转振动。

因此，在实际应用中，就可以使用Ω型弹性结构外表面所设置的4个应变片传感器来监测被测设备风电机组在运行过程中所产生的扭转振动，并利用Ω型弹性结构内表面所设置的光纤光栅传感器来监测被测设备风电机组在运行过程中在上下方向和左右方向所产生的振动。

显然，通过本实施例所提供的技术方案，就能够利用该应力检测装置更为准确、全面地监测到风电机组在各个方向上所产生的应力数据。

相应的，本实用新型实施例还提供了一种应力检测系统，包括如前述所公开的一种应力检测装置。

本实用新型实施例所提供的一种应力检测系统，具有前述所公开的一种应力检测装置所具有的有益效果。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种应力检测装置，其特征在于，包括：形状为Ω型的弹性结构，所述弹性结构的外表面设置有应变片传感器，所述弹性结构的内表面设置有光纤光栅传感器。

2.根据权利要求1所述的一种应力检测装置，其特征在于，所述弹性结构的内表面设置有凹槽，所述光纤光栅传感器设置于所述凹槽内，所述光纤光栅传感器上连接有光纤，所述光纤光栅传感器和所述光纤通过粘合物粘合于所述凹槽内，并且，所述光纤的自由端暴露于所述弹性结构的端口部。

3.根据权利要求2所述的一种应力检测装置，其特征在于，所述凹槽具体为圆形凹槽。

4.根据权利要求1所述的一种应力检测装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器测量精度的取值范围为0.01％FS～0.1％FS。

5.根据权利要求1所述的一种应力检测装置，其特征在于，所述弹性结构和所述应变片传感器的外表面还套设有形状为Ω型的弹性压片，所述弹性压片与所述弹性结构的尺寸大小相适配，所述弹性压片上设置有用于向所述弹性结构施加压力的测力计。

6.根据权利要求5所述的一种应力检测装置，其特征在于，所述弹性压片通过螺栓连接件与所述弹性结构相套接。

7.根据权利要求6所述的一种应力检测装置，其特征在于，所述弹性压片的两个端口部分别通过所述螺栓连接件与所述弹性结构的两个端口部固定连接。

8.根据权利要求1至7任一项所述的一种应力检测装置，其特征在于，所述弹性结构的外表面设置有4个所述应变片传感器；其中，4个所述应变片传感器中第一应变片传感器和第三应变片传感器之间添加有预设供电电压、第二应变片传感器和第四应变片传感器用于输出被测设备的应力数据。

9.一种应力检测系统，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的一种应力检测装置。